correction du facteur de puissance a l`entree d`un convertisseur ac/dc

ﺔّﻳﺭﻮﻬﻤﺠﻟﺍ ﺔّﻴﺒﻌّﺸﻟﺍ ﺔّﻴﻃﺍﺮﻘﻤﻳّﺪﻟﺍ ﺔّﻳﺮﺋﺍﺰﺠﻟﺍ
République Algérienne Démocratique et Populaire
ﻲﻤﻠﻌﻟﺍ ﺚﺤﺒﻟﺍ ﻭ ﻲﻟﺎﻌﻟﺍ ﻢﻴﻠﻌّﺘﻟﺍ ﺓﺭﺍﺯﻭ
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
ﺱﺎّﺒﻋ ﺕﺎﺣﺮﻓ ﺔﻌﻣﺎﺟ - ﻒﻴﻄﺳ
Université Ferhat Abbes –Sétif
ﺎﻴﺟﻮﻟﻮﻨﻜﺘﻟﺍ ﺔﻴﻠﻛ
Faculté de Technologie
ﺔﻴﻨﻘﺗﻭﺮﺘﻜﻟﻹﺍ ﻢﺴﻗ
Département d’Electrotechnique
THESE
Pour l’obtention du diplôme de
Doctorat en sciences
Option : Commande Electrique
Par
KESSAL ABDELHALIM
Thème
CORRECTION DU FACTEUR DE PUISSANCE A
L’ENTREE D’UN CONVERTISSEUR AC/DC
Soutenue le :26/04/2012 devant la commission d’examen composée de :
Président
Pr. GHERBI Ahmed
Université Ferhat Abbas Sétif
Directeur de thèse
Pr. MOSTEFAI Mohammed
Université Ferhat Abbas Sétif
Co-directeur de thèse
Pr. RAHMANI Lazhar
Université Ferhat Abbas Sétif
Examinateur
Pr. LABAR Hocine
Université de Annaba
Examinateur
Pr. REKIOUA Toufik
Université de Bejaia
Examinateur
Dr. OMEIRI Amar
Université de Annaba

Avant propos.
Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé en collaboration entre le Laboratoire
d’Automatique (LAS) de l’Université de Sétif, Algérie, et le Laboratoire d’Automatique et
d’Informatique Industrielle (LAII) de l’Université de Poitiers, France.
A l’issue de ce travail je tiens à adresser ma reconnaissance et mes remerciements à
toutes les personnes qui ont contribué, chacune à leur manière, à l’accomplissement de cette
thèse.
Tout d’abord, je tiens à remercier vivement les membres de jury pour avoir accepté
d’évaluer ce travail et ce mémoire :
Monsieur Ahmed GHERBI, Professeur à l’Université de Sétif, Algérie, d’avoir accepté de
juger mon travail et de présider le jury de soutenance de cette thèse.
Messieurs Hocine LABAR, Professeur à l’Université de Annaba, Algérie, Toufik
REKIOUA, Professeur à l’Université de Bejaia, Algérie, et Amar OMEIRI, Maître de
Conférence à l’Université de Annaba, Algérie pour m’avoir fait l’honneur d’accepter d’être
les examinateurs de cette thèse.
Je tiens également à remercier très chaleureusement mes directeurs de thèse :
Monsieur Mohammed MOSTEFAI et Lazhar RAHMANI Professeurs à l’Université de
Sétif, pour leur encadrement, leur suivi permanent et leurs précieux conseils.
Je suis très reconnaissant au directeur du Laboratoire d’Automatique et
d’Informatique Industrielle (LAII), Professeur Gérard CHAMPENOIS, et au Professeur
Jean-Paul GAUBERT, pour l’accueil chaleureux et pour m’avoir donné l’opportunité de
réaliser la partie expérimentale de cette thèse au sein du laboratoire LAII.

Publications .& Conférences
Publications:
• “Power Factor Correction based on Fuzzy Logic Controller with Fixed Switching
Frequency”; Electronics and Electrical Engineering. – Kaunas: Technologija-
Lituania, 2012. – No. 2(118). – P. 67–72,
• "Analysis and design of an isolated single-phase power factor corrector with a fast
regulation", Electric Power Systems Research 81 (2011) page:1825– 1831
doi:10.1016/j.epsr.2011.05.012,
• "Hysteresis-Band Current Control of PFC with Constant Switching Frequency"
International Review of Electrical Engineering (I.R.E.E.), Vol. 6, N. 1 January-
February 2011 page: 179-185).
• “Power Factor Corrector with a Fast Regulation and Constant Switching Frequency”,
Arabian Journal for Science and Engineering, Springer, November 2012. N° 37-7/8.
• “Experimental Design of a Fuzzy Controller for Improving Power Factor of Boost
Rectifier”, International journal of electronics, Taylor & Francis (Acceptée et Prévue
en 2012).
UConférences
• “Fuzzy Logic Controller for Power Factor Correction“, 2èmes Journées
Internationales d’Electrotechnique, de Maintenance et de Compatibilité
Electromagnétique. ICIEM 2010 du 25 au 27 Mai 2010.Oran
• “Power Factor Corrector with a Fast Regulation and Constant Switching Frequency“.
6th International Conference on Electrical Engineering Batna 11- 13 Octobre 2010.
• “Power Factor Correction with constant switching frequency” . International
Conference on Electrical Engineering, Electronics and Automatic'10, Bejaia, 2 & 3
November 2010
• “Fuzzy Logic Controller for Boost Rectifier with a Fast Regulation and Constant
Switching Frequency”. 3rd International Conference on Computer Modeling and
Simulation. ICCMS 2011. January 7 - 9, 2011, Mumbai, India.

Table des Matières
i
Table des Matières
Itroduction Générale ......................................................................................................................... 1
Chapitre 1 : La Pollution Harmonique due aux Convertisseurs Statiques
1.1 Introduction ........................................................................................................................................... 6
1.2 Qualité de l’énergie électrique ........................................................................................................... 7
1.3 Problématique des harmoniques ........................................................................................................ 7
1.4 Origine des harmoniques..................................................................................................................... 8
1.5 Sources harmoniques identifiables .................................................................................................... 8
1.6 Sources harmoniques non identifiables ............................................................................................. 9
1.7 Caractérisation des harmoniques ....................................................................................................... 9
1.7.1 Conséquences néfastes des harmoniques .................................................................................11
1.8 Perturbations produites par les redresseurs à commutation naturelle .........................................12
1.9 Normes et règlementations ...............................................................................................................15
1.10 Solutions possibles pour réduire les harmoniques et d’améliorer la qualité de l’énergie ......17
1.10.1 Solutions traditionnelles de dépollution .................................................................................17
1.10.2 Solutions modèrnes à base d’électronique de puissance ......................................................19
1.10.2.1 Filtres actifs ......................................................................................................................19
1.10.2.2 Filtres actifs hybrides ......................................................................................................21
1.10.2.3 Les alimentations sans interruption ...............................................................................22
1.10.2.4 Les FACTS .......................................................................................................................23
1.10.2.5 Prélèvement sinusoïdal .......................................................................................................25
1.10.2.5.1 Correction du facteur de puissance PFC ................................................................25
1.10.2.5.2 Redresseurs à injection de courant ..........................................................................26
1.10.2.5.3 Redresseurs à MLI ....................................................................................................27
1.11 Conclusion .......................................................................................................................................28
Chapitre 2 : Commande Conventionnelle par Régulateur PI d’un
Correcteur du Facteur de Puissance D’un Redresseur
En Pont Monophasé
2.1 Introduction .........................................................................................................................................31

Table des Matières
ii
2.2 Redresseur en pont monophasé ....................................................................................................... 32
2.3 Correcteur du facteur de puissance ................................................................................................ 33
2.3.1 Modélisation du circuit de puissance ...................................................................................... 34
2.3.2 Analyse statique du Correcteur du facteur de puissance ...................................................... 35
2.4 Dimensionnement des éléments passifs ......................................................................................... 37
2.4.1 Dimensionnement de l’inductance L ........................................................................................ 38
2.4.2 Dimensionnement du condensateur C ...................................................................................... 38
2.5 Boucle de régulation de la tension du bus continu ........................................................................ 39
2.6 Boucle de régulation du courant d’entrée ...................................................................................... 41
2.7 Déscription du banc d’essai expérimental ...................................................................................... 41
2.7.1 Modèle de la commande et interfaces d’acquisition ................................................................. 42
2.8 Résultats de simulation et expérimentaux ...................................................................................... 43
2.8.1 Réponse à une référence constante de la tension du bus continu ......................................... 44
2.8.2 Variation de la référence de V*o ............................................................................................... 46
2.8.3 Variation de la charge ................................................................................................................ 47
2.9 Conclusion .......................................................................................................................................... 48
Chapitre 3 : Commande en Courant par hystérésis
Du Correcteur du Facteur de puissance
3.1 Introduction ........................................................................................................................................ 50
3.2 Contrôle par hystérésis des courants prélevés ............................................................................... 50
3.3 Structure du contrôle en courant par hystérésis ............................................................................. 51
3.4 Boucle de régulation de la tension de bus continu ........................................................................ 52
3.5 Boucle de régulation du courant d’entrée ...................................................................................... 53
3.6 Contrôle en courant par hystérésis conventionnelle ..................................................................... 53
3.6.1 Contrôle à bande d’hystérésis fixe ............................................................................................ 53
3.6.2 Contrôle à bande d’hystérésis sinusoidale .............................................................................. 54
3.7 Analyse des caractéristiques de la commande ............................................................................... 54
3.8 Contrôle en courant par hystérésis à fréquence de commutation constante .............................. 56
3.9 Résultats de simulation et expérimentaux ...................................................................................... 57
3.9.1 Hystérésis à bande fixe ............................................................................................................... 57
3.9.2 Hystérésis à bande sinusoidale ................................................................................................. 58
3.9.3 Hystérésis à bande variable ...................................................................................................... 60
3.10 Conclusion........................................................................................................................................ 62